云南某混合銅冶煉渣高效選銅新工藝研究

谷艷玲

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司長沙分公司，湖南 長沙 410012)

我國是有色金屬消費(fèi)大國，產(chǎn)生了大量有色金屬二次資源[1]。其中，銅冶煉渣產(chǎn)量巨大，有價(jià)組分含量高，其長期堆存，不僅造成極大的資源浪費(fèi)，還占用大量土地，嚴(yán)重污染環(huán)境[2-3]。隨著銅冶煉技術(shù)的發(fā)展以及高效率熔煉爐的應(yīng)用，爐渣中可選別回收的有價(jià)金屬含量呈上升趨勢(shì)[4]。銅冶煉渣的高效回收利用不僅能夠緩解我國銅資源緊缺的局面，保障重大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，還具有十分重要的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保意義。本研究以云南某混合銅冶煉渣為研究對(duì)象，根據(jù)其工藝礦物學(xué)性質(zhì)，提出了一種流程短、效率高且環(huán)保的選礦工藝流程，旨在為類似冶煉渣的綜合回收利用提供參考。

1 試樣性質(zhì)

根據(jù)云南某銅冶煉廠不同冶煉渣的產(chǎn)量，對(duì)轉(zhuǎn)爐渣和貧化電爐渣按照質(zhì)量比為3∶10進(jìn)行配樣，并對(duì)混合樣進(jìn)行工藝礦物學(xué)性質(zhì)分析。試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1，銅物相分析結(jié)果見表2。

表1 試樣多元素化學(xué)分析結(jié)果Table 1 Analysis results of chemical multi-elements of the samples %

表2 試樣銅物相分析結(jié)果Table 2 Analysis results of the copper phase of the samples %

由表2可知，試樣中銅主要以硫化銅的形式存在，分布率達(dá)93.25%。

進(jìn)一步的工藝礦物學(xué)分析表明，試樣中主要銅礦物為黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦、鉛銅礦，主要脈石礦物為鐵橄欖石、透輝石;試樣主要構(gòu)造為稀疏—稠密浸染狀構(gòu)造，主要結(jié)構(gòu)為似球粒狀結(jié)構(gòu)以及半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)。

2 試驗(yàn)方案

由于冶煉渣中銅礦物的結(jié)晶粒度大小和渣的冷卻速度密切相關(guān)，因此銅冶煉渣的冷卻速度對(duì)浮選回收指標(biāo)起決定性作用[5-6]。國內(nèi)外眾多研究表明，緩慢冷卻有利于銅冶煉渣的綜合回收利用[7-9]。緩慢冷卻過程中，冶煉渣中的初析微晶以溶解—沉淀形式自范性成長，形成結(jié)晶良好的自形晶或半自形晶，同時(shí)有價(jià)礦物擴(kuò)散遷移，聚集成長為相對(duì)集中的獨(dú)立相[10]，改善渣的可磨性，使冶煉渣中的銅及其他有價(jià)金屬易于回收，并降低回收成本。結(jié)合云南某冶煉廠生產(chǎn)狀況及選礦試驗(yàn)，通過多次考察及研究，本研究中冶煉渣的緩冷時(shí)間為:自然冷卻24 h—噴淋冷卻24 h—自然冷卻24 h。

目前銅冶煉渣的選礦方法主要有浮選法，浮選法具有銅回收率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)[11]。根據(jù)試樣的工藝礦物學(xué)性質(zhì)，參考國內(nèi)外研究者關(guān)于浮選法處理銅冶煉渣的工藝技術(shù)[12-15]，本研究采用階段磨礦、階段選別的工藝流程，于磨礦回路中設(shè)立快速浮選，直接產(chǎn)出高品位銅精礦。

盡管試樣Fe品位高達(dá)42.25%，但工藝礦物學(xué)研究表明，其鐵礦物組成較復(fù)雜，主要為鐵橄欖石(FeO·SiO2)等硅酸鹽礦物，硅酸鹽礦物理論品位較低，且回收較為困難。而高鐵選銅尾渣是優(yōu)質(zhì)水泥生產(chǎn)原料，因此，本研究不考慮鐵的回收。

巴爾迪曾執(zhí)教于奧柏林音樂學(xué)院，現(xiàn)任教于克利夫蘭音樂學(xué)院鋼琴系。同時(shí)，他還創(chuàng)辦了意大利“托迪（Todi）國際音樂節(jié)”，并定期在中國音樂學(xué)院、上海音樂學(xué)院等國內(nèi)院校開設(shè)大師課，擔(dān)任多個(gè)重要國際比賽評(píng)委。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 條件試驗(yàn)

3.1.1 硫化鈉用量試驗(yàn)

由于該混合銅渣中含有部分氧化銅礦物，用硫化鈉進(jìn)行硫化后才可能得以回收，為此進(jìn)行了硫化鈉活化浮選試驗(yàn)。固定一段磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%、碳酸鈉用量為800 g/t、Z-200+丁銨黑藥用量為20+60 g/t、2號(hào)油用量為45 g/t，考察硫化鈉用量對(duì)該混合銅冶煉渣快速浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 硫化鈉用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Results of sodium sulfide dosage test

由圖1可知，當(dāng)硫化鈉用量從0增加到1 000 g/t時(shí)，銅粗精礦銅回收率增加了0.9個(gè)百分點(diǎn)，但銅品位下降了2.39個(gè)百分點(diǎn)。可見硫化鈉不能有效地提高銅的回收率，因此后續(xù)試驗(yàn)中不再加入硫化鈉。

3.1.2 一段磨礦細(xì)度試驗(yàn)

為確定快速浮選的最佳磨礦細(xì)度，固定碳酸鈉用量為800 g/t，Z-200+丁銨黑藥用量為20+60 g/t，2 號(hào)油用量為45 g/t，考察一段磨礦細(xì)度對(duì)該混合銅冶煉渣快速浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 一段磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of the first-stage grinding fineness test %

由表3可知，隨著磨礦細(xì)度的提高，粗精礦銅品位和回收率均先增大后下降。因此，確定適宜的一段磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%。

3.1.3 碳酸鈉用量試驗(yàn)

固定磨礦細(xì)度為-0.074 mm 占 70%，Z-200+丁銨黑藥用量為20+60 g/t，2號(hào)油用量為45 g/t，考察碳酸鈉用量對(duì)該混合銅冶煉渣快速浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 碳酸鈉用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of sodium carbonate dosage test

由圖2可知，隨著碳酸鈉用量的增加，粗精礦銅品位逐漸增大，銅回收率先增大后減小。綜合考慮，確定適宜的碳酸鈉用量為1 000 g/t。

3.1.4 捕收劑種類試驗(yàn)

為考察適合該混合銅冶煉渣分選的捕收劑，按照?qǐng)D3所示流程，固定粗選捕收劑用量為80 g/t，進(jìn)行捕收劑種類試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

圖3 捕收劑種類試驗(yàn)流程Fig.3 Flowsheet of collector type test

表4 捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of collector type test %

由表4可知，丁銨黑藥作捕收劑時(shí)，獲得的精礦銅品位最高，但銅回收率低于戊基黃藥和Z-200。綜合考慮，使用丁銨黑藥和戊基黃藥及Z-200進(jìn)行捕收劑配比試驗(yàn)，進(jìn)一步提高選別指標(biāo)。

3.1.5 捕收劑配比試驗(yàn)

按照?qǐng)D3所示流程，固定粗選組合捕收劑用量為80 g/t，分別以Z-200、戊基黃藥與丁銨黑藥按照1∶1和1∶3質(zhì)量比進(jìn)行捕收劑配比試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 捕收劑配比試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of collector proportion test

由表5可知，使用質(zhì)量比1∶3的Z-200+丁銨黑藥組合捕收劑，精礦的銅品位和回收率均比1∶1配比的稍高，說明Z-200與丁銨黑藥按1∶3進(jìn)行配比，具有較好的協(xié)同作用;此外，Z-200與丁銨黑藥組合較戊基黃藥與丁銨黑藥組合對(duì)該混合銅渣的選別效果稍好。因此，較優(yōu)的組合捕收劑為Z-200+丁銨黑藥(質(zhì)量比 1∶3)。

3.1.6 Z-200+丁銨黑藥用量試驗(yàn)

按照?qǐng)D3所示流程，固定Z-200+丁銨黑藥質(zhì)量比為1∶3，進(jìn)行Z-200+丁銨黑藥用量試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

表6 Z-200+丁銨黑藥用量試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of Z-200+ammonium dibutyl dithiophosphate dosage test

由表6可知，增大Z-200+丁銨黑藥用量，精礦銅品位降低、回收率升高。綜合考慮，確定適宜的Z-200+丁銨黑藥用量為80 g/t。

3.1.7 二段磨礦細(xì)度試驗(yàn)

為確定二段磨礦細(xì)度，以上述最佳條件下所得的快速浮選尾礦為給礦，固定Z-200+丁銨黑藥用量為10+30 g/t、2號(hào)油用量為30 g/t，進(jìn)行二段磨礦細(xì)度試驗(yàn)，結(jié)果見表7。

表7 二段磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of the second-stage grinding fineness test %

由表7可知，隨著磨礦細(xì)度的提高，精礦銅品位變化不大，但回收率先增大后下降。因此，確定適宜的二段磨礦細(xì)度為-0.045 mm占85%。

3.2 全流程閉路試驗(yàn)

由條件試驗(yàn)結(jié)果可知，采用階段磨礦、階段選別的工藝流程，可有效回收該混合銅冶煉渣中的銅。同時(shí)，粗精礦進(jìn)行再磨再選是提高銅精礦品位十分有效的途徑。在條件試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了全流程閉路試驗(yàn)，具體試驗(yàn)流程見圖4，結(jié)果見表8。

圖4 全流程閉路試驗(yàn)Fig.4 The whole process of closed-circuit test

表8 全流程閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Results of the whole process closed-circuit test %

由表8可知，通過在磨礦回路中設(shè)置快速浮選，可獲得銅品位高達(dá)21.02%、銅回收率60.24%的銅精礦1。快速浮選產(chǎn)率為10.04%，不僅提前獲得了高質(zhì)量銅精礦，還減少了進(jìn)入后續(xù)磨浮流程的礦量，大大降低磨礦成本及藥劑成本。快速浮選尾礦再磨后，通過1粗2精2掃，回收了32.78%的銅，使尾礦銅品位降低至0.29%。整個(gè)流程的綜合精礦銅品位為20.70%，回收率為93.02%。

經(jīng)化驗(yàn)分析，采用本流程處理該混合銅冶煉渣，選礦后的尾礦經(jīng)脫水后可直接外售至水泥廠，無需建設(shè)尾礦庫，可實(shí)現(xiàn)固體廢渣零排放。并且，流程中所有用水均可回用，生產(chǎn)中能夠達(dá)到生產(chǎn)廢水零排放。

4 結(jié) 論

(1)云南某混合銅冶煉渣Cu品位為3.48%，主要脈石成分SiO2含量為27.86%;渣中銅主要以硫化銅的形式存在，分布率達(dá)93.25%。銅渣主要構(gòu)造為稀疏—稠密浸染狀構(gòu)造，主要結(jié)構(gòu)為似球粒狀結(jié)構(gòu)以及半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)。

(2)結(jié)合云南某冶煉廠生產(chǎn)狀況及選礦試驗(yàn)，通過多次考察及研究，本研究確定冶煉渣的較優(yōu)緩冷方式為:自然冷卻24 h—噴淋冷卻24 h—自然冷卻24 h。

(3)采用階段磨礦、階段選別的工藝流程，于磨礦回路中設(shè)立快速浮選，直接產(chǎn)出銅品位高達(dá)21.02%、銅回收率60.24%的高品質(zhì)銅精礦。快速浮選產(chǎn)率為10.04%，不僅提前獲得了高品位銅精礦，還減少了進(jìn)入后續(xù)磨浮流程的礦量，大大降低了再磨成本及藥劑成本。

(4)本研究提出的選礦工藝流程短、效率高且環(huán)保，獲得的綜合精礦銅品位為20.70%、銅回收率為93.02%，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，可為類似冶煉渣的綜合回收利用提供參考。

(5)本研究的尾礦可作為水泥添加料直接外售，無需新建尾礦庫，且選礦用水可直接回用，基本達(dá)到生產(chǎn)廢渣與廢水的零排放。